观点 | 董艳：科学探究与科学论证
创新人才的培养是一个系统工程，早期科学教育与大学科学教育是基础，应该进行一体化、贯通式的设计……但如何激发学生参与到科学学习的主体性和能动性则是根本……
董艳
北京师范大学教育学部教授、博士生导师
北京师范大学科学教育研究院副院长
中国人工智能学会会员
澳洲悉尼大学教学研究所访问学者
科学素养
牛顿为什么说站在巨人的肩膀上？
科学家为什么要演讲？
站在巨人的肩膀上，是说研究需要参考前人研究成果，去思考如何探究和解决所面临的科学问题。科学研究需要结合或依据前人所构建的科学知识、科学框架，遵循相应的科学研究规范。科学研究人员，需要具有较强的科学素养。
科学家平时在做什么——科学过程+科学精神
两个方面，一是开展科学研究，二是传播科学精神。科学研究的过程需要遵循一定的流程，科学家在研究之余，又会不断通过一些论文发表或演讲将科学成果和科学探究精神传递出去。科学家用自己的研究或带领的团队不断地进行科学创新、科学研究的工作，主要做的事情是发现值得探究的问题，或身边的问题，去做探究、实验、调查、数据分析等，并将各种资料进行整合分析和论证、辨析。科学家要发表相应的研究论文，通过演讲来传播这样的工作。我们平时总能看到一些科学家到学校做巡讲，其实这就是将科学研究、科技进展分享和传播给广大中小学生的过程。
科学家的责任对社会的发展、科学的普及来说是非常重要的。优秀的科学家是促进科学创新、科学活动的活力、整个科学共同体发展的活力的催化剂。
科学素养组成
科学素养包含多个方面，体现于如何应用科学概念、科学方法等去解决问题，还体现于如何准确高效地解释数据及建构基于证据的观点。科学素养包括科学概念、科学研究过程与方法、元认知过程、批判性推理过程，以及科学的文化方面的整合体，这一整合体的所有因素共同反映并作用于科学的实践过程。
可以说，科学素养是一个综合的概念，学生们如果想获得科学素养必须参与到科学探究的过程中。随着科技的发展，科学素养也是一个不断变化的动态发展的。
科学探究与科学探究教学
科学探究到科学实践
科学探究
科学探究不仅需要一系列严格的过程，更重要的是传递出一种基本精神，推动科学活动的动力，是科学活动永无止境的精神源泉，其内涵十分丰富。……近些年来，美国下一代科学教育标准（NGSS）的颁布促使科学探究的内涵逐步向实践方向扩展……
对于学生来说，进行科学探究的活动，就是一种模仿科学研究的过程，它与科学研究存在着异同性。异同体现在：在认知过程上具有重演性、在获取知识上具有类似性、在问题解决上具有模拟性、在研究程序上具有简约性。
台师大陈育霖博士将科学探究分为四大部分：发现问题、规划与研究、论证与建模、表达与分享。
科学探究的基本特征
问题性：科学探究作为一种个体认识自然的活动过程，是以科学问题为起点的。所谓科学问题，是针对客观世界中的物体或事件而提出的。
建构性：科学探究作为一种认知活动，是个体通过不断地外界互动，来主动地建构对于客观事件的理解的过程。
思维性：科学探究是一种思维的过程，具有思维性特征。科学探究作为一种科学研究，是一种多方面、多层次的思维活动。
合作性：个体可以通过合作来超越自己的认识，获得与自己对问题的不同理解，看到事物的其他侧面，使理解更丰富和全面。
从古至今，人们一直在做科学探究，在这其中，自然客观存在，甚至可能没有发生变化，但是促进自然发展的人、思维、人与人之间的关系等在发生变化。科学探究本身的流程和方法可能没有变，但是构成科学探究的理论基础、知识结构发生了改变，科学革命在所难免，良好的科学探究能力推进科学的发展。
在教育领域，让学生掌握科学探究的方法，以往是以教为中心。随着时代发展，探究式教学开始在课堂中运用。知识的获取，老师的传授是一方面，学生主动去探索、去了解也是一方面。我们的教育要帮助学生学会如何探究，学生要与老师、家长、社会进行有意义的社会交互，这样学生才能对学习的对象产生和建构自己的理解。
科学探究到科学实践的启示
探究模式化和教条化现状亟待扭转、课堂探究的内涵亟需扩展。
一是避免将科学探究缩减为过分强调实验、与内容相分离的单一步骤集合体。
二是用复数形式的“实践”来描述科学，避免读者在解读时陷入两类思维定势。
三是为了避免因探究概念不统一，产生理念上千差万别的课堂探究教学实践。
科学探究呼唤科学论证
传统的科学探究教学中主要完成的工作是，让学生去发现问题，提出问题，培养学生观察、实验、测量、收集数据，检验解决方案。美国从2013年开始通过发布NGSS标准，提出要从科学探究向科学实践进行转换，表现出越来越重视评价（辩论、批判、分析），以及如何让学生利用数据做分析，同时还要构建理论模型，构建假说，构建科学解释。
科学探究的过程，离不开科学论证，如果没有科学论证，就停留在做做看，做到哪算哪的浅层次，停留在自我解释。而科学论证可以帮助学生去进行深度辨析和证据解释所开展的科学探究活动，以及探究的数据结果与背后的理论和解释一致性。
当前科学探究中的论证教学是缺失的
论证教学的实质就是让学生经历类似科学家的论证过程，理解科学概念和科学本质，并促进思维发展的科学探究教学。研究发现，当前，科学探究过程中往往论证不足，论证教学中常存在有师无生的主题移位、有证无论的目标缺位、有论无证的行为错位及有据无驳的证据离位等现象。（任艳红，2018）
科学论证
我国新修订的课标已经把科学论证作为科学思维的主要内容，将证据作为科学探究的基本要素，将基于证据和逻辑发表自己的见解作为重要的科学态度纳入到学科核心素养之中，在课程目标、学业质量水平对基于科学论证的教学提出了明确要求。
科学论证的重要性
牛津大学Erduran教授提到，科学论证代表了更高层次的思维技能，并提供了一种外化内部思维策略的方法。
2013年美国新一代科学教育标准进一步强调科学论证的作用，认为它在科学领域和科学课堂之间建立起一个桥梁，通过参与基于证据的科学论证构建某种解释，能够帮助学生理解证据和明确推理过程，从而证明科学是一个根植于证据的知识体。
Passmore & Svoboda认为，科学学习中的建模活动其本质上是一种辩论行为：从确定问题到选择恰当模型来解救问题等各方面，都涉及说服行为。
科学论证的分析视角
作为形式：是指论证的宏观结构模式，认为论证是“至少由一个理由支持的结论”。
作为策略：体现论证的辩证本质，认为论证是运用对话策略解决科学争议的程序。
作为目标：论证的目的不仅是理性说服，还有理解科学知识和运用科学语言清晰地表达科学问题。
科学创新/科学抱负/科学精神
科学创新
创新人才的培养是一个系统工程，早期科学教育与大学科学教育是基础，应该进行一体化、贯通式的设计……但如何激发学生参与到科学学习的主体性和能动性则是根本……
要想实现科学创新，就需要明确辩证思维作为一种科学的世界观，对创新主体的认识和实践活动发挥着重要的指导作用。
项目式学习（PBL）
项目学习的关键特征表现如下：
1.满足重要学习目标
2.提出驱动性问题
3.让学生去弄清楚、理解
4.开展协作
5.利用学习工具和其他支架
6.创造作品-可触摸的产品
目的即是帮他们“理解”过程，在教学现象的驱动下，展开探究，创造最佳学习时刻。
科学素养的达成
从科学探究到科学实践再到科学辩论是一系列促成学生科学素养达成的一个过程。科学素养只是学生在未来发展道路上的一种资本形式。而科学资本的不断积累可以促进其科学素养的发展。同时，科学素养也是科学资本的其中一个方面。
科学资本是一个内涵十分广泛且多样的概念。可以认为，凡是有助于促进学生科学参与、支持其科学职业选择和发展的所有才能、态度、资源、资格、实践和社会关系等，都属于科学资本。
多维度促进学生科学资本（樊文强等）
科学素养：科学知识和技能，对科学的认识和科学思维，利用科学解决日常问题的能力等
科学态度：指科学相关的态度、价值观和偏好等
科学对就业的有用性认知：表示个体是否认为学习科技知识、获取科学文凭有助提升未来就业竞争力
科学相关媒体消费：比如观看科技电视节目、阅读科技书籍杂志、收听科幻节目等
校外科学活动：比如参观科技馆、动物园等，参加科技俱乐部等，在家自主开展科技活动，如科技实验、电脑编程等
身边从事科学的人：包括父母、家庭成员、亲戚、邻居、朋友等身边认识的人
父母科学知识：比如父母的教育背景，是否有与科学相关的文凭等
日常生活谈论：比如布置作业，鼓励学生在生活中谈论科学
科学探究和科学论证的过程正是希望教师能够通过多个维度促进学生去聚集未来发展所需要的科学资本，对他们选择科学相关的职业有非常好的影响。
科学教育研究人员应该更多地探索如何让学生爱上科学，让老师爱上教科学，让每一位同学像科学家一样去工作！像科学家一样去演讲！
（本文根据 “创新人才培养公益课堂”上， 北京师范大学教育学部教授、博士生导师董艳老师的主题演讲整理，内容有删减。）